石墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)（Graphene）具(ju)有(you)優異的(de)(de)(de)光學(xue)、電學(xue)、力學(xue)特性(xing)(xing)，被認為(wei)是一(yi)種未來(lai)革命性(xing)(xing)的(de)(de)(de)功(gong)能/結(jie)構材料(liao)(liao)，在(zai)能源環境、生(sheng)(sheng)物(wu)醫療、電子(zi)(zi)(zi)器件、化工和(he)(he)航(hang)空航(hang)天等(deng)多方(fang)面(mian)具(ju)有(you)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)應(ying)用。采用射頻感應(ying)加熱(re)(re)和(he)(he)微波加熱(re)(re)等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)制備(bei)(bei)石墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)能耗高，難以工業化應(ying)用。熱(re)(re)等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)熱(re)(re)解(jie)碳氫化合物(wu)合成(cheng)石墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)，由(you)于等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)電導(dao)(dao)率(lv)隨(sui)著溫度增加迅速(su)上升(sheng)，導(dao)(dao)致(zhi)電弧自動收縮(suo)到很小的(de)(de)(de)范圍(wei)，對于合成(cheng)石墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)毫秒級反應(ying)時間，難以實現(xian)均(jun)勻加熱(re)(re)，產品均(jun)勻性(xing)(xing)差，能耗高。采用課題(ti)組研制的(de)(de)(de)磁分散電弧產生(sheng)(sheng)大(da)面(mian)積(ji)均(jun)勻等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)技術，解(jie)決(jue)了(le)等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)對物(wu)料(liao)(liao)快速(su)均(jun)勻加熱(re)(re)問題(ti)。所制備(bei)(bei)的(de)(de)(de)石墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)平面(mian)尺(chi)寸50-300nm，層數2-5層，表現(xian)出良好(hao)的(de)(de)(de)晶體(ti)(ti)(ti)結(jie)構和(he)(he)超大(da)的(de)(de)(de)比表面(mian)積(ji)，產品均(jun)勻性(xing)(xing)好(hao)；制備(bei)(bei)方(fang)法及設備(bei)(bei)簡單，一(yi)步合成(cheng)，無需(xu)還原，且無需(xu)基底(di)、催化劑、溶液或酸，收率(lv)高約（~14%），能耗低約~0.4kW·h/g，成(cheng)本低，具(ju)備(bei)(bei)實現(xian)低成(cheng)本大(da)規模連續生(sheng)(sheng)產的(de)(de)(de)前景(jing)。

不同模式電弧CCD圖像與石(shi)墨烯樣品檢測(ce)結果(guo)

研究工作(zuo)探究了等離(li)(li)子(zi)參(can)數、原料氣體(ti)組(zu)成與納米石墨(mo)烯(xi)形態、層(ceng)數及缺(que)陷之間的(de)關系，同時(shi)揭(jie)示了產生(sheng)高純度(du)石墨(mo)烯(xi)需要工藝條件。結合等離(li)(li)子(zi)體(ti)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)流場(chang)溫(wen)度(du)場(chang)的(de)數值(zhi)模擬(ni)和(he)化(hua)學反(fan)應(ying)(ying)動力學計(ji)算，提(ti)出石墨(mo)烯(xi)可(ke)能的(de)形成機理：低碰撞(zhuang)頻率的(de)成核前驅體(ti)有(you)利于形成片層(ceng)（sheet-like）核心(xin)，并在富氫和(he)高溫(wen)的(de)等離(li)(li)子(zi)體(ti)環境中保持平(ping)面生(sheng)長。石墨(mo)烯(xi)形成機理的(de)闡(chan)明，為產品生(sheng)產控(kong)制提(ti)供了理論指導(dao)。

團隊王城特聘副研究員和(he)博士生陳仙輝分別(bie)為(wei)兩(liang)篇(pian)論(lun)文的第一作(zuo)者(zhe)(zhe)，夏維東教授(shou)(shou)為(wei)兩(liang)篇(pian)論(lun)文的通訊作(zuo)者(zhe)(zhe)，王城特聘副研究員和(he)葉桃紅副教授(shou)(shou)分別(bie)為(wei)兩(liang)篇(pian)論(lun)文共同(tong)通訊作(zuo)者(zhe)(zhe)。本項目獲(huo)得國家(jia)自(zi)然科學基(ji)金委和(he)中國科學院儀器專(zhuan)項基(ji)金的資助(zhu)。

論文鏈接：